1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 温度自动控制器的设计 随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，温度的自动检测在很多领域得到广泛应用，目前，温度测量主要采用玻璃液体温度计，人工观测。这种测量方式，一方面给偏远地区的观测人员带来诸多不便；另一方面，测量精度受人为因素的影响，测量误差大。对于温度的检测可以说是现代化农业最常用的技术，比如对于室外育秧棚内的温度检测，大部分使用的是普通温度计，且温度计只能放在秧棚里，棚内有露水，不易看清温度，须多次来回查看，很不方便，稍微不注意会出现温度偏高秧苗 坏死的情况，因此有必要采用效率和自动化水平更高的新的测量手段。 随着计算机技术的发展和
2、各行业间越来越紧密的结合，单片机与计算机、计算机与计算机之间通过调制器的数据通信显得日益重要，以便充分发挥各自的优势和更广泛的应用；由 AT89C51 单片机和 DS18B20 温度传感器组成的温度报警控制系统设计简单，高效可靠、价格便宜，遵循统一的标准，易于设置和使用，因而得到了广泛的应用。 传统的温度检测可以使用热敏电阻作为温度敏感元件，热敏电阻主要优点是成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，准确度和精度都 较低。 DALLAS 最新单线数字温度传感器 DS18B20 简 称 新的 “ 一线器件 ” 体积更小、适用电压更宽、更经济 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 D
3、S18B20 是世界上第一片支持 “ 一线总线 ” 接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 DS18B20 “ 一线总线 ” 数字化温度传感器 同 DS1820 一样， DS18B20 也支持 “ 一线总线 ” 接口。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支 持 3V5.5V 的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小 。 可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。
4、 DS18B20 的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色。继 “ 一线总线 ” 的早期产品后， DS18B20 开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20 使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 系统有如下特点： (1)单线接口，只有一根信号线与 CPU 连接； 1 (2)不需要备份电源 ，可通过信号线供电，电源电压范围从 3.3 5V； (3)传送串行数据，不需要外部元件； (4)温度测量范围从 55 125， 10 85时测量精度为 0.5； (5)用户可自设定非易失性的报警上下限值； (6)报警搜索命令可以识别哪片 DS18B20 温度超限；
5、 (7)通过编程可实现 9 12 位的数字值读数方式（出厂时被设置为 12 位）； (8)在 93.75ms 和 750ms 内将温度值转化 9 位和 12 位的数字量； (9)零功耗等待； (10)现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 DS18B20 的 外部形状与管脚图 ,如下图 1: 图 1 DS18B20 的 外部形状与管脚图 2 脚 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 DS18B20 的测温原理如图 2
6、 所示，图 2-3 中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改 变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在 55所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出
7、用于修正计数器 1 的预置值。 2 图 2 DS18B20 的测温原理 DS18B20 在正常使用时的测温分辨率为 0.5，如果要更高的精度，则在对 DS18B20 测温原理进行详细分析的基础上，采取直接读取 DS18B20 内部暂存寄存器的方法，将 DS18B20 的测温分辨率提高到 0.1 0.01。 工作方式： DS18B20 传感器进行的功能操作是在发送命令的基础上完成的 ,上电后传感器处于空闲状态 ,需要控制器发送命令才能完成温度转换。对传感器的功能操作的次序是首先完成对芯片内部的 ROM 操作。然后进行读、写和温度转换功能。读、写是在总线管理者发送下降沿下进行发送或接收一位数据的
8、,只有传感 器的响应脉冲是传感器主动发送 ,其余都是由总线管理者产生信号。 图 3 DS18B20 与单片机的接口电路 图中 DS18B20 采用的是外接电源方式， 3 脚电源端接的是 5V 电源。 AT89C51 单片机作为整个检测系统的核心部分，要完成以下几点功能： （ 1） 根据采集的温度值，使之温度测量误差保持在 0.5以内； （ 2） 将所测的温度值送 PC机上进行实时显示； （ 3） 将从 PC机传回的信号发出控制信号； +5v DS18B20 1 3 2 AT89C51 P2.0 10k 3 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内
9、含 4Kbytes的可反复擦写 的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随即存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内放置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大， AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 主要性能参数： 与 MCS-51 产品指令完全兼容 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 100 次擦写周期 全静态操作： 0Hz-24MHz 三级加密程序存储器 128 8 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O
10、口线 2 个 16 位定时 /计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述： AT89C51 提供以下标准功能： 4K 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32 个I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止的 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保持 RAM 中的内容，但振荡器停止工作 并禁止其它所有部件工作
11、直到下一个硬件复位。 参考文献 1 赵海兰智能温度传感器 DS18B20J电子世界， 2003.7-9 2 何希才 , 薛永毅传感器及其应用实例 M机械工业出版社， 2001. 3 赵海兰 ,赵祥伟智能温度传感器 DS18820 的原理与应用 J现代电子技术，2003.14-19 4 杨将新，李华军，刘东骏单片机程序设计及应用 M北京：电子工业出版， 2006. 5 胡汉才 ,单片机原理及其接口技术 M北京：清华大学出版社， 2004， 2. 4 6 何 立民 .单片机应用系统设计系统配置与接口技术 M.北京：北京航空航天大学，1990. 7 李群芳等 .单片微型计算机与接口技术 M. 北京：
12、电子工业出版社 , 2005.1. 8 张桂香，王辉 .计算机控制技术 M.电子科技大学出版社， 2004.7. 9 An embedded single temperature controllerJ Jayapandian, Design Briefs. A Penton Publication.New Jersey, USA， 2003 10 张 齐 . 单片机应用系统设计技术 M . 北京：电子工业出版社， 2004. 11 何立民单片机应用技术选编 M北京 : 北京航天航空大学出版社， 2000. 12 DS18B20 Programmable Resolution J. 1-Wire Digital Thermometer. Dallas Semiconductor. 13 胡学海单片机原理及应用系统设计 M北京：电子工业出版社， 2005.7-11 14 马云峰单片机与数字温度传感器 DS18B20 的接口设计 J计 算机测量与控制，2002.4-8
